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Des doutes géants sur les exmoons géantes

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08 décembre 2023

(Actualités Nanwork) Seules deux des plus de 5 300 exoplanètes connues ont jusqu’à présent fourni des preuves de la présence de lunes en orbite autour d’elles. Lors des observations des planètes Kepler-1625b et Kepler-1708b réalisées par les télescopes spatiaux Kepler et Hubble, les chercheurs ont découvert pour la première fois des traces de ces lunes.

Une nouvelle étude soulève désormais des doutes sur ces affirmations antérieures. Comme l’ont rapporté aujourd’hui des scientifiques de l’Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS) et de l’Observatoire de Sonnenberg, tous deux en Allemagne, dans la revue Astronomie naturelle (« Il est peu probable qu’il y ait de grandes exolunes autour de Kepler-1625b et Kepler-1708b. »), les interprétations « planétaires uniquement » des observations sont plus concluantes. Pour leur analyse, les chercheurs ont utilisé le nouvel algorithme informatique Pandora, qui rend la recherche d’exomoons plus facile et plus rapide. Ils ont également étudié quels types d’exolunes pouvaient en principe être trouvés dans les observations astronomiques spatiales modernes. Leur réponse est très choquante.

Dans notre système solaire, le fait qu’une planète tourne autour d’une ou plusieurs lunes est la règle plutôt que l’exception : à l’exception de Mercure et de Vénus, toutes les autres planètes ont de telles compagnes ; Dans le cas de la géante gazeuse Saturne, les chercheurs ont découvert à ce jour 140 satellites naturels. Par conséquent, les scientifiques pensent qu’il est probable que les planètes situées dans des systèmes stellaires lointains contiennent également des lunes.

Cependant, jusqu’à présent, de telles exolunes n’ont été mises en évidence que dans deux cas : Kepler-1625b et Kepler-1708b. Ce faible rendement n’est pas surprenant. Après tout, les satellites lointains sont naturellement beaucoup plus petits que leur monde d’origine – et donc beaucoup plus difficiles à trouver. Il faut beaucoup de temps pour rechercher des preuves de la présence de lunes dans les données d’observation de milliers d’exoplanètes.

Pour rendre la recherche plus facile et plus rapide, les auteurs de la nouvelle étude s’appuient sur un algorithme de recherche qu’ils ont eux-mêmes développé et amélioré pour rechercher des exolunes. Ils ont publié leur méthode l’année dernière (Astronomie et astrophysique, « Pandora : un algorithme rapide et open source pour la détection du transit exolunaire. ») L’algorithme est accessible à tous les chercheurs sous forme de code open source. Appliqués aux données d’observation de Kepler-1625b et Kepler-1708b, les résultats sont frappants.

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« Nous aurions aimé confirmer la découverte d’exolunes autour de Kepler-1625b et Kepler-1708b », déclare le premier auteur de la nouvelle étude, le Dr René Heller, scientifique du MPS. « Malheureusement, nos analyses montrent le contraire », ajoute-t-il.

Cache-cache depuis Exomoon

La planète Kepler-1625b, semblable à Jupiter, a fait la une des journaux il y a cinq ans. Des chercheurs de l’Université Columbia à New York rapportent des preuves solides de l’existence d’une super lune en orbite qui éclipserait toutes les lunes du système solaire. Les scientifiques ont analysé les données du télescope spatial Kepler de la NASA, qui a observé plus de 100 000 étoiles lors de sa première mission de 2009 à 2013 et découvert plus de 2 000 exoplanètes.

Cependant, dans les années qui ont suivi la découverte de 2018, le candidat exocanal de la Lune a forcé les astronomes à jouer à une version cosmique de cache-cache. Il a initialement disparu après que les données Kepler aient été nettoyées du bruit systématique. Cependant, des preuves ont été trouvées à nouveau dans des observations supplémentaires effectuées par le télescope spatial Hubble. Et l’année dernière, ce candidat inhabituel à l’exomoon a eu de la compagnie : selon des chercheurs new-yorkais, une autre lune géante beaucoup plus grande que la Terre orbite autour de Jupiter de la taille de Kepler 1708b.

Le bon match

« Les exolunes sont si éloignées que nous ne pouvons pas les voir directement, même avec les télescopes modernes les plus puissants », explique le Dr René Heller.

Au lieu de cela, les télescopes enregistrent les fluctuations de la luminosité des étoiles lointaines, dont la série temporelle est appelée courbe de lumière. Les chercheurs recherchent ensuite des signes de la présence de lunes dans ces courbes de lumière. Si une exoplanète passe devant son étoile vue de la Terre, elle obscurcit légèrement l’étoile. Cet événement est appelé transit et se répète régulièrement avec la période orbitale de la planète autour de l’étoile.

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Une exomoon accompagnant la planète aura un effet d’atténuation similaire. Cependant, son effet sur la courbe de lumière n’est pas seulement sensiblement plus faible. En raison du mouvement de la Lune et de la planète autour de leur centre de gravité mutuel, cette atténuation supplémentaire de la courbe de lumière suivrait un schéma plutôt complexe. Il existe d’autres effets à prendre en compte, tels que les éclipses planétaires et lunaires, les variations de la luminosité naturelle de l’étoile et d’autres sources de bruit générées lors des mesures télescopiques.

Cependant, afin de découvrir les lunes, les chercheurs new-yorkais et leurs collègues allemands ont d’abord calculé plusieurs millions de courbes de lumière « synthétiques » de toutes les tailles, distances mutuelles et orientations orbitales imaginables de planètes et de lunes potentielles. L’algorithme compare ensuite ces courbes de lumière simulées avec la courbe de lumière observée et recherche la meilleure correspondance. Les chercheurs de Göttingen et Sonneberg ont utilisé leur algorithme open source Pandora, optimisé pour la recherche d’exomoons et capable de résoudre cette tâche plusieurs fois plus rapidement que les algorithmes précédents.

Aucune trace des lunes

Dans le cas de Kepler-1708b, le duo allemand a désormais découvert que les scénarios sans lune peuvent expliquer les données d’observation avec autant de précision que ceux avec lune. « La probabilité qu’une lune tourne autour de Kepler 1708b est clairement inférieure à celle rapportée précédemment », déclare Michael Hippke de l’Observatoire de Sonneberg et co-auteur de la nouvelle étude. « Les données n’indiquent pas la présence d’une exomoon autour de Kepler-1708b », poursuit Hibke.

De nombreux éléments suggèrent que Kepler-1625b est également dépourvu de compagnon géant. Le transit de cette planète devant son étoile avait déjà été observé grâce aux télescopes Kepler et Hubble. Des chercheurs allemands soutiennent désormais que la variation instantanée de la luminosité de l’étoile sur son disque, un effet connu sous le nom d’atténuation des membres stellaires, a une influence décisive sur le signal d’exomoon proposé. Par exemple, la pointe du disque solaire apparaît plus sombre que le centre.

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Cependant, selon que vous regardez l’étoile principale Kepler-1625b à travers le télescope Kepler ou le télescope Hubble, l’effet d’assombrissement des membres est différent. En effet, Kepler et Hubble sont sensibles aux différentes longueurs d’onde de la lumière qu’ils reçoivent. Les chercheurs de Göttingen et Sonberg affirment désormais que leur modèle de cet effet explique de manière plus concluante les données de l’exomoon géante.

Leurs analyses nouvelles et élargies montrent également que les algorithmes de recherche d’exomoon produisent souvent des faux positifs. À maintes reprises, ils « découvrent » la Lune alors qu’une seule planète traverse son étoile hôte. Dans le cas d’une courbe légère comme celle de Kepler-1625b, le taux de « ratés » serait probablement d’environ 11 pour cent. « La précédente affirmation d’une exomoon par nos collègues de New York était le résultat d’une recherche de lunes autour de dizaines d’exoplanètes », explique Heller. « Selon nos estimations, un résultat faussement positif n’est pas du tout surprenant, mais presque attendu », ajoute-t-il.

Satellites extraterrestres

Les chercheurs ont également utilisé leur algorithme pour prédire les types d’exolunes réelles qui seraient clairement détectables lors de missions spatiales à courbe de lumière comme Kepler. Selon leur analyse, seules les lunes particulièrement grandes qui tournent autour de leur planète sur une orbite large peuvent être détectées à l’aide de la technologie actuelle. Comparées aux lunes familières de notre système solaire, elles seraient toutes excentriques : au moins deux fois plus grandes que Ganymède, la plus grande lune du système solaire, et donc environ la taille de la Terre.

« Les premières exolunes découvertes lors d’observations futures, telles que la mission PLATO, seront certainement très inhabituelles et donc passionnantes à explorer », explique Heller.

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

Nouvelle étude publié dans Lettres d’examen physique (PRL) explore le potentiel du couplage électron-phonon en quadrature pour améliorer la supraconductivité grâce à la formation de dipôles quantiques.

Le couplage électron-phonon est l’interaction entre les électrons et les vibrations dans un réseau appelé phonons. Cette interaction est cruciale pour la supraconductivité (conductivité électrique sans résistance) de certains matériaux car elle facilite la formation de paires de Cooper.

Les paires de Cooper sont des paires d’électrons liés entre eux via des interactions attractives. Lorsque ces paires de Cooper se condensent dans un état cohérent, nous obtenons des propriétés supraconductrices.

Le couplage électron-phonon peut être classé en fonction de sa dépendance au déplacement du phonon, c’est-à-dire la quantité de vibration du réseau. Le cas le plus courant est celui où la densité électronique est couplée linéairement aux déplacements du réseau, provoquant une distorsion du réseau pour entourer chaque électron.

Les chercheurs voulaient étudier si la supraconductivité des matériaux présentant un couplage quadratique pouvait être améliorée lorsque l’énergie d’interaction est proportionnelle au carré du décalage des phonons.

Phys.org s’est entretenu avec les co-auteurs de l’étude, Zhaoyu Han, Ph.D. Candidat à l’Université de Stanford et Dr Pavel Volkov, professeur adjoint au Département de physique de l’Université du Connecticut.

Parlant de sa motivation derrière la poursuite de ces recherches, Hahn a déclaré : « L’un de mes rêves a été d’identifier et de proposer de nouveaux mécanismes qui pourraient aider à atteindre la supraconductivité à haute température. »

« La supraconductivité du titanate de strontium dopé a été découverte il y a plus de 50 ans, mais son mécanisme reste une question ouverte, les mécanismes classiques étant improbables. C’est pourquoi j’ai commencé à rechercher des mécanismes alternatifs de couplage électron-phonon », a déclaré le Dr Volkov.

Le couplage linéaire et ses défis pour la supraconductivité

Comme mentionné précédemment, le couplage peut être classé comme linéaire ou quadratique.

Le couplage linéaire fait référence au scénario dans lequel le couplage est proportionnel au déplacement des phonons. En revanche, le couplage quadratique dépend du carré du décalage des phonons.

Ils peuvent être identifiés grâce à l’étude de la symétrie de la matière, aux observations expérimentales et aux cadres théoriques. Cependant, leurs effets sur la supraconductivité semblent très différents.

Le couplage linéaire, qui apparaît dans la plupart des matériaux supraconducteurs, est largement étudié en raison de sa prévalence dans de nombreux matériaux et de son cadre théorique.

Cependant, les supraconducteurs conventionnels dotés d’un couplage électron-phonon linéaire sont confrontés à des limites. Ces matériaux ont une faible température critique, qui est la température en dessous de laquelle un matériau peut présenter une supraconductivité.

« Les températures critiques de ces supraconducteurs sont généralement inférieures à 30 Kelvin ou -243,15 degrés Celsius. Cela est dû en partie au fait que l’énergie de liaison et l’énergie cinétique de la paire Cooper sont considérablement supprimées dans les régimes de couplage faible et fort, respectivement », a expliqué Hahn.

Dans le cas d’un couplage faible, les interactions électron-phonon sont faibles en raison de la faible énergie de liaison. En couplage fort, les interactions sont plus fortes, conduisant à une augmentation de la masse effective des paires de Cooper, ce qui conduit à la suppression de la supraconductivité.

Cependant, la suppression entrave tout effort visant à améliorer les températures critiques dans de tels matériaux en augmentant simplement la force de couplage, encourageant les chercheurs à explorer des matériaux dotés d’un couplage électron-phonon quadratique, qui n’est pas bien compris.

Modèle Holstein et pôles quantiques

Le modèle Holstein est un cadre théorique utilisé pour décrire l’interaction entre les électrons et les phonons. Il a déjà été utilisé pour étudier la physique générale du couplage linéaire électron-phonon.

Les chercheurs ont étendu le modèle Holstein pour inclure le couplage électron-phonon en quadrature dans leur étude.

Le modèle Holstein aide à calculer des quantités telles que l’énergie de liaison des paires de Cooper et la température critique des supraconducteurs.

Dans les matériaux conventionnels, la liaison des électrons médiée par les phonons conduit à la formation de paires de Cooper.

L’interaction est linéaire, ce qui signifie que la force de couplage augmente avec l’amplitude des vibrations du réseau. Cette interaction peut être comprise à l’aide des principes de la physique classique et est bien étayée par des observations expérimentales telles que les effets isotopiques.

Dans le cas d’une conjonction quadratique, la situation est complètement différente. En étendant le modèle Holstein pour inclure la dépendance du second ordre du couplage au déplacement des phonons, les chercheurs ont pris en compte les fluctuations quantiques (mouvement aléatoire) des phonons et leur énergie du point zéro (l’énergie des phonons à 0 K ).

Les électrons interagissent avec les fluctuations quantiques des phonons, formant un « dipôle quantique ». Contrairement au couplage linéaire, l’origine des interactions attractives est la mécanique quantique pure.

La supraconductivité est dans la limite du couplage faible et fort

Les chercheurs ont découvert que lorsque l’interaction électron-phonon est faible, le mécanisme par lequel les électrons s’apparient pour former des paires de Cooper n’est pas efficace, comme dans le cas linéaire. Il en résulte une température critique plus basse qui peut être affectée par la masse des ions (effet isotopique), mais d’une manière différente que dans le cas linéaire.

En d’autres termes, la (basse) température critique d’une substance peut changer considérablement selon les différentes masses atomiques.

En revanche, lorsque les interactions électron-phonon sont fortes, nous obtenons la formation de dipôles quantiques, qui peuvent devenir supraconducteurs à une température déterminée par leur masse effective et leur densité.

En dessous de la température critique, les condensateurs bipolaires quantiques peuvent se déplacer librement sans perturber le cristal. Plus de mouvement conduit à un état supraconducteur, plus stable et ayant une température critique plus élevée. Contrairement au mécanisme linéaire, la masse dipolaire quantique n’est que légèrement améliorée par le couplage, ce qui permet des températures critiques plus élevées.

« Notre travail montre que ce mécanisme permet des températures de transition plus élevées, au moins pour un couplage fort. Ce qui est également positif, c’est que ce mécanisme ne nécessite aucune condition préalable particulière pour être efficace, et il existe des conditions tout à fait réalistes dans lesquelles il sera dominant », a-t-il déclaré. expliqué. Dr Volkov.

« Sur la base des constantes physiques fondamentales liées aux solides, une estimation optimiste de la température critique pouvant être atteinte par ce mécanisme pourrait être de l’ordre de 100 K », a prédit Hahn.

Travail futur

« Une implication possible, tout d’abord, serait une augmentation de la température de transition de la supraconductivité. La supraconductivité dépend également de manière sensible des propriétés des électrons ; par conséquent, pour obtenir un couplage fort, nous proposons l’utilisation de super-réseaux spécialement conçus pour les électrons. » Le Dr Volkov a expliqué.

Les chercheurs affirment que la prochaine étape, en théorie, consisterait à trouver le régime optimal de force de couplage pour la supraconductivité. Les chercheurs espèrent également que les expérimentateurs exploreront les matériaux de super-réseau présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques.

« Expérimentalement, la création de super-réseaux via la structuration ou l’utilisation d’interfaces entre des matériaux torsadés pourrait être une voie prometteuse pour atteindre le type de supraconductivité auquel nous nous attendons », a déclaré le Dr Volkov.

Hahn a également noté qu ‘ »il est important d’identifier les matériaux présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques grâce à des calculs préliminaires, car cela n’a pas été systématiquement exploré ».

Plus d’information:
Zhaoyu Han et al., Supraconductivité dipolaire quantique à partir du couplage électron-phonon en quadrature, Lettres d’examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.226001. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.03844

Informations sur les magazines :
Lettres d’examen physique


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